一种电动汽车充电系统、设备及充电方法与流程

1.本发明涉及一种电动汽车充电系统、设备及充电方法，属于电动汽车充电技术领域；尤其涉及一种便携式电动汽车充电器、可以用于电动汽车充电的市电插座，以及涉及两者的充电系统和充电方法。


背景技术：

2.纯电动或插电式混动的新能源汽车预留有充电接口，能够通过插入充电枪给动力电池补充电能。不同车辆要求的充电电流不同，充电电流过小会导致充电过慢，影响充电效率；充电电流过大则会损坏动力电池，降低电池寿命，甚至存在火灾隐患。
3.插枪充电一般包括如下两种方式，1)使用充电桩充电，将充电桩的充电枪插入充电接口，充电桩专门用来对新能源车辆充电，当充电桩的充电枪插入车辆后，车辆充电控制器与充电桩根据统一的协议通信，自动确定充电功率、充电电流大小等，经握手确认后，充电桩按照确定的功率输出充电电流，为车辆充电；2)在没有充电桩的情况下还可以接入市电来应急充电，需要配备特殊的便携式充电设备，该充电设备包括一端的插头，用于与市电插座对插，另一端为充电枪，用于插接车辆的充电接口；同时充电设备上根据标准协议模拟出充电确认信号，以与车辆通信，实现通过例如接通市电的墙插为插电式新能源汽车充电。
4.很多国家或地区的墙端插头是通用的，但不同国家或地区的墙端插座能够输出的额定电流不同。这样当插电式车辆面对不同国家或地区的市电充电需求时就需要针对不同国家配置不同的充电设备，充电设备中预先写入对应国家或地区的墙插额定电流，充电设备根据该额定电流与车辆通信，通过车辆充电控制器控制好充电电流。这种方式需要为不同的国家或地区配置多个充电设备，造成成本增加、用户体验差。而且可能同一国家或地区内，不同型号的插座，其额定电流也各不相同。那么充电时面对不同信号的插座，同样会面临上述问题。
5.为了解决上述问题，现有方案是配置单独一个充电设备，通过手动调节设置充电设备的额定电流，例如在充电设备上增加按键来控制电流。充电设备上设有电流控制按键，根据不同国家墙端额定电流要求可以手动调节充电电流，充电设备根据调节后的额定电流与车辆通信，车辆根据额定电流进行阻抗匹配以控制充电电流。但是终端客户很可能在充电前忘记按键调低电流，造成充电过程墙端过流，导致设备损坏甚至发生火灾，此方案容错率低。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种电动汽车充电系统及充电方法，用于解决现有充电车辆市电充电时，面对不同电流等级的插座，操作复杂且容错率低的问题；还提供了一种实现自动匹配充电电流的电动汽车充电器和插座设备。
7.为实现上述目的，本发明的方案包括：
8.本发明的一种电动汽车充电系统技术方案，包括插座和充电器，所述充电器包括
用于与插座对插的插接端和用于与车辆充电口对插的充电枪，以及插接端和充电枪之间的充电线；所述插座设置有存储芯片和与存储芯片相连的发射装置，所述存储芯片中储存有插座信息；
9.所述充电器还包括连接有充电通信模块的充电控制电路，所述充电控制电路用于产生cp信号，并与车辆通信以向车辆传输cp信号；
10.所述充电控制电路中的控制模块执行指令以实现如下充电电流自动控制的充电方法的步骤：
11.1)通过充电通信模块与插座通信模块通信，以获得插座存储芯片中储存的插座信息；
12.2)根据插座信息获得插座输出的能够保证插座安全不过流的正常工作电流，根据正常工作电流改变cp信号，通过cp信号向车辆传输插座的正常工作电流。
13.即所述发射装置用于在充电前向充电器传输插座信息；所述充电器通过通信模块接收插座信息，并根据插座信息获得插座的额定电流和/或最大工作电流，并根据额定电流或最大工作电流产生对应的cp信号，并在充电前通过cp信号向车辆传输插座的工作电流。
14.本发明通过充电插座和便携式充电器(即充电设备)之间的自动通信，使充电器获得充电插座的额定电流、最大输出电流等工作电流信息，充电器自动调整与车辆之间的握手确认信号，使车辆车载充电机在充电过程中控制充电电流在车座的额定电流附近，不超过最大输出电流，从技术上使充电过程不过载，保证了充电安全，同时降低了操作复杂度，不会出现忘记调整的情况。
15.进一步地，所述充电器包括设置在充电线上的功能盒，所述充电控制电路设置在功能盒中；所述充电通信模块设置在功能盒中，或者设置在充电枪中，或者设置在插接端。
16.充电通信模块的设置位置灵活，可以设置在插头中、充电枪内或者便携式充电器的功能盒中；优选设置在充电器插头中，插头与插座插接，与插座的距离最近，无线通信质量高且通信功耗可以进一步降低。
17.进一步地，所述插座信息包括插座的额定电流。
18.额定电流储存在插座的芯片中，充电前直接将额定电流传输给充电器，充电器根据额定电流调整cp值并发给车辆，车辆充电过程中按照额定电流控制充电电流，保证安全且工作在插座的额定电流工况下，延长了插座的使用寿命。
19.具体地，充电电流自动控制的充电方法的步骤2)中，通过cp信号完成充电枪与车辆之间的连接确认后，根据工作电流改变cp信号的pwm占空比，通过pwm占空比向车辆传输插座的工作电流。所述充电控制电路通过国标中充电枪的对应端子与车辆通信以向车辆传输cp信号。
20.进一步地，步骤1)中，所述充电前为插接端靠近插座并进入设定范围内时；发射装置通过近场通信向充电器传输插座信息。
21.本发明的充电器，可以在插头插入插座后，充电控制电路上电作为触发，实现与插座的通信连接。但最优的，在充电器的插头靠近插座达到近场通信的通信范围内时，通过近场通信，在插插头插入插座前就开始尝试充电器与插座之间的通信，尽早开始插座信息的传输，在插头插入插座后能够尽快开始充电，提高充电效率。
22.本发明的一种电动汽车充电器的技术方案，包括用于与插座对插的插接端和用于
与车辆充电口对插的充电枪，以及插接端和充电枪之间的充电线；还包括通信模块，所述通信模块用于在充电前接收插座发来的插座信息；还根据插座信息获得插座的额定电流和/或最大工作电流，并根据额定电流或最大工作电流产生对应的cp信号，并在充电前通过cp信号向车辆传输插座的工作电流。
23.本发明还提供了一种能够与市电插座实现通信，自动获取插座信息进而得到插座工作电流信息，再通过国标中的cp信号将适合插座的工作电流传输给车辆，车辆充电时将充电电流控制在插座正常工作电流附近，保证充电安全，降低操作难度。
24.进一步地，所述通信模块设置在功能盒中，或者设置在充电枪中，或者设置在插接端。
25.进一步地，所述插座信息包括插座的额定电流。
26.进一步地，所述充电前为插接端靠近插座并进入设定范围内时；通信模块通过近场通信接收插座信息。
27.本发明的一种用于电动汽车充电的插座设备的技术方案，设置有存储芯片和与存储芯片相连的发射装置，所述存储芯片中储存有插座信息，所述发射装置用于在充电前向对应的充电器传输插座信息；所述充电器根据插座信息获得插座的额定电流和/或最大工作电流，并根据额定电流或最大工作电流产生对应的cp信号，并在充电前通过cp信号向车辆传输插座的工作电流。
28.进一步地，所述插座信息包括插座的额定电流。
29.进一步地，所述充电前为插接端靠近插座并进入设定范围内时；发射装置通过近场通信向充电器传输插座信息。
30.本发明的一种插座，设置有通信模块和储存有插座信息的芯片，本发明的插座在与本发明的充电器配合使用为插电车辆充电时，能够自动通信并将自身插座信息传输给本发明的充电器，供充电器与车辆通信确认。本发明的插座能够减少充电时的操作，保证充电时不过流，安全且延长使用寿命。
31.本发明的一种电动汽车充电方法的技术方案，在充电前，插座向对应的充电器传输插座信息；所述充电器根据插座信息获得插座的额定电流和/或最大工作电流，并根据额定电流或最大工作电流产生对应的cp信号，并在充电前通过cp信号向车辆传输插座的工作电流。
32.进一步地，所述插座信息包括插座的额定电流。
33.进一步地，所述充电前为充电器插接端靠近对应插座并进入设定范围内时；插座通过近场通信向充电器传输插座信息。
附图说明
34.图1是本发明电动汽车充电系统示意图；
35.图2是本发明电动汽车充电系统充电器和插座的通信过程示意图；
36.图中：1、插座；12、插孔；13、插座通信模块；2、充电器；22、插头；23、功能盒；25、充电通信模块；26、充电枪。
37.图3是充电桩与车辆之间cp信号标准流程示意图；
38.图4是cp信号不同占空比对应的信息示意图。
具体实施方式
39.下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
40.充电系统实施例：
41.如图1所示的本发明的一种电动汽车充电系统，包括插座1和便携式充电器2。插座1包括插孔12、插座通信模块13和存储介质，存储介质可以集成于插座通信模块13中，或者是独立的存储芯片。存储介质中储存有插座信息。
42.充电器2包括用于与插孔12匹配插接的插头22和充电枪26，充电枪26用于匹配插接于车辆的充电接口。插头22与充电枪26之间通过充电线缆连接，充电线缆上设置有功能盒23。功能盒23内设置有充电控制电路，用于提供必要的充电确认信号，例如充电连接确认信号pp及控制引导信号cp等。功能盒中还设置有必要的，在充电确认信号前断开充电线缆线路的主继电器等器件。便携式充电器2能够实现插电车辆在充电桩以外，通过市电插座例如插座1进行充电。
43.便携式充电器2还包括充电通信模块25，充电通信模块25可以设置在插头22，功能盒23或充电枪26中，充电通信模块25与功能盒内的充电控制电路相连，充电通信模块25还用于与插座通信模块13无线通信连接。
44.插座1和便携式充电器2都具备无线信号通信功能。互相匹配的插头22和插孔12可以是标准接口也可以是定制接口。便携式充电器2通过充电通信模块25和插座通信模块13与插座通信，识别插座信息。根据插座1的额定电流自动控制充电器2中的cp信号，以达到自动控制充电电流的效果。
45.具体的，如图2所示，本发明的一种自动控制充电电流的方法步骤如下：
46.1)便携式充电器2的插头22插入插座1的插孔12后，通过充电通信模块25进行信号搜索，最终建立与插座1的插座通信模块13的通信连接，读取插座1中存储介质中储存的插座信息；或者在充电器2与插座1的通信连接建立后，插座通信模块13主动读取存储介质中的插座信息，发送给充电器2。
47.作为其他实施方式，通信连接的建立以及插座信息的传递也可以在插头22接近插孔12时，而不必等待插头22插入插孔12。插座通信模块13基于近场通信技术(例如nfc技术)，在检测到充电通信模块25靠近时，主动建立连接，并在插头22插入前就开始同步插座信息，提高了插座信息的传输效率，降低了充电等待时间。
48.插座信息中可直接包含插座1的额定电流或最大电流数据，与充电器2通信后，充电器2直接获得插座1的工作电流数据。或者作为其他实施方式，插座信息为对应插座1的型号或者识别代码信息。充电器2中存储有插座1型号或识别代码与工作电流的对应关系，充电器2获得插座型号或识别代码等插座信息后，根据对应关系通过例如查表获得对应插座1的额定电流或最大电流的工作电流信息。
49.插座1通过插座通信模块13将插座信息通过特定的信号传输给充电通信模块25后，充电通信模块25又将插座信息传输给便携式充电器2中充电控制电路的mcu，mcu识别出插座1的电流信息后，控制cp信号的pwm输出占空比。
50.充电器2获得插座1额定电流，通过cp信号将额定工作电流传输给车辆，车辆车载充电机或充电控制器将充电过程的电流大小控制在插座1的额定电流处，防止插座过载烧毁风险及存在安全隐患。或者充电器2获得插座1的最大工作电流，并传输给车载充电机，充
电过程中充电机防止充电电流超过最大工作电流。本领域技术人员应当明了，选择额定电流，能防止发热、更大程度延长插座设备寿命；选择最大工作电流能提高充电效率，减少充电时间。本发明的目的是在安全充电的前提下简化便携式充电器2的操作，防止错误操作减少安全隐患，在这个前提下，具体工作电流信息的选择是本领域技术人员根据实际情况综合考虑做出的选择，本发明不做限定。
51.cp信号全称为控制引导功能信号(control pilot function)，根据相关国家标准的规定，该信号主要用于监控电动汽车和电动汽车供电设备(例如充电桩或本实施例中的插座1)之间交互的功能。cp信号就是汽车和充电桩之间的握手信号，一种使用pwm调制和幅值交变的通讯方式。
52.充电枪有如下表所示的几种状态：
53.序号状态释义1拔枪充电枪与车辆为分离状态2插枪充电枪插入车辆充电接口但未输出充电功率3充电准备车辆准备好执行充电，请求充电桩(供电设备)合闸输出充电电流4充电开始充电桩合闸，向车辆充电5停止充电 54.cp信号对应到充电枪的以上几个状态，pwm信号的占空比表示为充电桩(供电设备)最大能提供的充电电流数据。pwm信号的幅值表示充电枪的不同状态序号。cp信号流程及不同占空比对应的信息如图3、4所示。
55.利用充电桩充电时，充电桩根据自身状态调整cp信号占空比，实现与车辆之间的充电电流大小的确认。但对于市电插座来说，显然不具备cp信号，因此利用便携式充电器2通过市电充电时，需要充电控制电路根据情况模拟出相应的cp信号，以使车辆顺利的执行充电准备步骤以及完成握手确认。
56.一般来说，充电器2仅需预置好所在国家和地区的市电插座的额定电流数据即可，在充电时根据该额定电流形成cp信号与车辆通信，但当车辆有不同国家或地区的充电需求时，或者同一地区不同市电插座有不同的额定电流时，为了最大程度的提高充电效率(市电插座的充电电流一般都远小于电动汽车专用充电桩的输出电流，因此充电速度比充电桩慢很多)，需要便携式充电器2能够根据所使用插座的额定电流进行主动调节。例如在面对大额定电流的插座时，调整cp信号与车载充电机通信，以调高充电电流大小；然后在小额定电流插座充电时，需要充电器2及时调整，以降低充电电流大小，若忘记调整则存在插座1过流的安全隐患。操作复杂，且容易忘记调整存在安全隐患，这就是本发明背景技术提到的技术问题的原因。
57.本发明的方法中，cp信号确认流程如下：
58.首先，如上所述，便携式充电器2的插头22插入市电插座1的插孔12中，充电器2与插座1通信获得插座1的额定电流；
59.1、便携式充电器2的充电枪26插入车辆前，cp信号为12v高电平；
60.2、充电枪26插入车辆后由于车载充电机中分压电阻的存在，cp信号会跳变为9v；
61.3、便携式充电器2充电控制电路的mcu(对于充电桩来说就是充电桩mcu)检测到cp信号跳变为9v后，切换高电平输出为pwm输出；
62.4、pwm占空比表示插座1的额定电流(对于充电桩来说就是充电桩最大输出电流)；
63.5、汽车确认充电信号，将切换车载充电机中分压电阻，使其信号跳变为6v；
64.6、便携式充电器2充电控制电路的mcu(或充电桩mcu)检测到cp信号跳变为6v后，主继电器合闸，开始为汽车充电；车辆车载充电机根据插座1的额定电流控制充电电流，防止插座1(或充电桩)过流；
65.7、充电过程中实时检测pwm信号的幅值，当跳变为非6v后，要及时拉闸断电。
66.本发明的方案安全可靠，无需终端客户手动调节，不会造成使用不当导致充电电流过高风险。可通信插座接口仍为标准插座接口，不仅可以使用本发明的带有无线通信功能可以自动调整cp占空比的充电器，同样能够适配使用现有普通充电器(不通信，采用预置的cp占空比)。同时，本发明的带有无线功能的充电器也可以适配使用不带通信功能的普通插座，cp占空比可以保持充电器的当前值、回复默认值或者仍然保留手动调节开关手动调节，提高产品使用的互换性。
67.充电方法实施例：
68.本发明的一种自动控制充电电流的方法，在充电系统实施例中自动控制充电电流的方法步骤部分已经介绍的足够清楚，此处不再赘述。
69.充电器实施例：
70.通过对充电系统实施例中的便携式充电器2的介绍已经将本发明的一种电动汽车充电器介绍的足够清楚，此处不再赘述。
71.插座设备实施例；
72.通过对充电系统实施例中的插座1的介绍已经将本发明的一种用于电动汽车充电的插座设备介绍的足够清楚，此处不再赘述。